(57)【要約】【課題】駆動子の直線運動による空気の圧力変動に起因した振動を、効果的に抑制することを主眼とした電動工具の制振技術を提供する。【解決手段】駆動モータ１１１と、駆動モータ１１１によって直線往復状に駆動される駆動子１２７と、駆動子１２７の直線運動によって空気を圧縮し、圧縮された空気の圧力を利用して直線状に駆動されるハンマビット１１９とを有し、駆動子１２７の直線往復運動の際の位置に関する指標に基づいて、駆動モータ１１１の回転速度を変化させる電動ハンマ１０１を構成する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動モータと、当該駆動モータによって直線往復状に駆動される駆動子と、当該駆動子の直線運動によって空気を圧縮し、当該圧縮された空気の圧力を利用して直線状に駆動される工具ビットとを有する電動工具であって、
前記駆動子の直線往復運動の際の位置に関する指標に基づいて、前記駆動モータの回転速度を変化させることを特徴とする電動工具。
【請求項２】
請求項１に記載の電動工具であって、
前記駆動モータの回転出力を、クランクアームを介して直線往復運動に変換して前記駆動子に伝達する駆動力伝達機構を備え、
前記駆動子の直線往復運動の際の位置に関する指標は、当該クランクアームの回転角に関する情報を含むことを特徴とする電動工具。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電動工具であって、
前記駆動子が前記工具ビットから離間する方向に駆動される際に、当該駆動子の位置に応じて前記駆動モータの回転速度を所定量増大するとともに、前記駆動子が前記工具ビットへと向かう方向に駆動される際に、前記駆動モータの回転速度を所定量減少させることで前記回転速度の増大分を補償するように構成したことを特徴とする電動工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動ハンマ等のように、駆動モータを用いて工具ビットを駆動する電動工具における制振技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動工具、例えば、電動ハンマは、駆動モータと、駆動モータによって直線往復状に駆動される駆動子と、工具ビットとを有している。
電動ハンマは、駆動子の直線往復運動によって圧縮された空気の圧力を利用して、被駆動側の部材（例えばストライカ）を直線状に駆動する。そして、被駆動側の部材が直線状に駆動されることで、工具ビットが直線状に駆動される。これによって、工具ビットは所定の加工作業を遂行する。
【０００３】
ところで、このように、駆動子による空気の圧縮作用を利用して工具ビットを駆動させる場合、空気の圧力変動に起因した振動が電動工具に発生する場合がある。
駆動子は、圧縮した空気の圧力によって被駆動側の部材を直線状に駆動し、被駆動側の部材は工具ビットを駆動する。この際、被駆動側の部材の駆動力全てが工具ビットの駆動力にはならない場合が多い。この場合、被駆動側の部材の駆動力の一部が、被駆動側の部材が工具ビットから離間する方向に受ける反発力となる事が多い。このような場合、被駆動側の部材が駆動子側に向かって高速で後退動作する場合が生じ得る。これにより、当該空気に不要の圧縮作用が生じることがある。そして、この空気の圧縮作用が、電動工具の後方、すなわち電動工具を保持する作業者の側に向かって不要の振動を生じさせる原因となる場合がある。
【０００４】
ところで、電動工具における振動抑制対策の一例として、カウンタウェイトを用いた制振技術が開示されている（特許文献１）。カウンタウェイトは、ストライカの動作に対向して直線往復運動するように構成されている。これにより、電動ハンマに生じる振動、特に工具ビットの長軸方向の振動が効果的に抑制されるように構成されている。
【０００５】
【特許文献１】
実開昭５１−６５８３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、カウンタウェイト等の従来の制振装置は、ストライカの打撃による衝撃を吸収することを主目的として配設されるものであり、前述した、駆動子の直線運動による、空気の圧力変動に起因した振動を効果的に抑制し得るとは限らない。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、空気の圧力変動に起因した振動を効果的に抑制することを主眼とした電動工具の制振技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、各請求項記載の発明が構成される。
請求項１に記載の発明によれば、駆動モータと、駆動子と、工具ビットとを有する電動工具が構成される。駆動モータとしては、後述するようにその回転速度を変化することが可能であれば、直流モータおよび交流モータのいずれも好適に用い得る。例えば、インバータによって速度制御可能とされた三相式の直流ブラシレスモータないし三相式の誘導モータを用いるのが好ましい。
【０００８】
駆動子は、当該駆動モータによって直線往復状に駆動される。駆動子としては、例えばシリンダ内を摺動するピストン状の駆動部材として構成し、あるいは内部に空間を形成しつつ直線往復動作可能とされたシリンダ状の駆動部材として構成してもよい。
【０００９】
工具ビットは、駆動子が直線状に運動することによって圧縮された空気の圧力を利用して直線状に駆動され、これによって所定の加工作業を遂行する。工具ビットは、駆動子によって例えばストライカやインパクトボルトといった介在部材を駆動するとともに当該介在部材によって間接的に駆動される態様をも好適に包含する。空気の圧縮作用は、駆動子と介在部材の間、あるいは介在部材同士の間の少なくとも一つに形成されれば足りる。
【００１０】
ところで、駆動子による空気の圧縮作用を介して工具ビットを駆動させる場合、当該駆動子の直線運動による空気の圧力変動に起因した振動が電動工具に発生する場合がある。
典型的には、駆動子は、圧縮した空気の圧力によって被駆動側の部材（例えば、ストライカ）を直線状に駆動し、被駆動側の部材が工具ビットを駆動する（例えば、ストライカが、工具ビット、あるいは工具ビットとの間の介在部材を打撃する）。そして、この際に、被駆動側の部材の駆動力全てが工具ビットの駆動力にはならない場合が多い。この場合、被駆動側の部材の駆動力の一部が、被駆動側の部材が工具ビットから離間する方向に受ける反発力となる事が多い。これにより、被駆動側の部材が駆動子側に向かって高速で後退動作する場合が生じ得る。
このようにして、被駆動側の部材が駆動子側に向かって高速で後退動作することで、当該空気に不要の圧縮作用が生じる場合がある。この場合、工具ビットから離間する方向へ高速で移動する被駆動側部材による空気の圧縮作用が、電動工具の後方、すなわち電動工具を保持する作業者の側に向かって不要の振動を生じさせる原因となる。
【００１１】
このように、工具ビットとは反対方向に、電動工具に生じる振動（反力）に対処するべく、本発明では、駆動子の直線往復運動の際の位置に関する指標に基づいて、駆動モータの回転速度を変化させる。例えば、駆動モータの駆動周波数を変化させる。上記の例でいえば、駆動子が工具ビットから離間する方向に後退動作する際に、かかる駆動子の位置情報を把握するとともに、被駆動側の部材が工具ビットから離間する方向に受ける反発力に起因して、被駆動側の部材が高速で後退動作するタイミングを見計らった上で、当該駆動子を一層高速で後退動作させるようにするのが好ましい。すると駆動子が通常よりも迅速に後退動作することで、高速移動を開始した被駆動側の部材による空気の圧縮作用を合理的に軽減することが可能とされる。これにより被駆動側の部材が後退動作することに起因する無用の空気圧縮作用を緩和し、電動工具に生じる振動を低減することが可能となる。
【００１２】
しかも本発明では、電動工具における制振のために、駆動モータという既存の構成要素の回転速度制御を行うことで対処が可能であり、例えばカウンタウェイトを別途に設けるといった制振対策に比べ、電動工具の構造の合理化を確保することが可能である。
【００１３】
なお駆動子の位置に関する「指標」としては、電動工具内における駆動子の作動位置自体に関する情報は勿論のこと、例えば駆動子を駆動するための部材の位置・回転角度等のパラメータ、さらには駆動子によって駆動される被駆動側の部材の位置情報に関するパラメータも当該指標に好適に包含されるものとする。
【００１４】
また空気の圧縮作用を利用して工具ビットを駆動する電動工具としては、典型的には電動ハンマがこれに該当するが、他の電動工具、例えば釘打機等への適用も勿論可能である。また本発明に用いられる駆動モータに関しては、その回転速度の制御の緻密性を問わない場合には、交流波形の位相制御によって駆動される単相式のモータ等を適宜採用することを排除するものではない。
【００１５】
（請求項２に記載の発明）
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の電動工具に、さらに駆動力伝達機構を備えている。駆動力伝達機構は、駆動モータの回転出力を、クランクアームを介して直線往復運動に変換して前記駆動子に伝達する。
駆動力伝達機構とは、例えば、クランクアームを有するクランク機構として構成される。この際、駆動モータの回転出力により、例えば、偏心軸を備えた駆動ギアが回転する。駆動ギアの中心と偏心軸との間にはクランクアームが設けられ、偏心軸にはコネクティングロッドの一端側が取り付けられている。このコネクティングロッドの他端側には駆動子が取り付けられている。これにより、駆動モータの回転出力で駆動ギアが回転するとともに駆動子が直線往復状に運動される。
【００１６】
ここで、例えば駆動子が工具ビットから最も離間した位置（上死点側の位置）をクランクアームの回転角が「０度」の位置とし、この時の駆動子の位置を駆動子の基点とする。この場合、クランクアームの回転角が「０度」〜「１８０度」の間では、回転角が大きくなることに連動して、駆動子の位置は工具ビットに接近する。そして、クランクアームの回転角が「１８０度」の時に、駆動子は工具ビットに最も接近した下死点側に位置する。更に、クランクアームの回転角が「１８０度」〜「３６０度」の間では、回転角が大きくなることに連動して、駆動子の位置は工具ビットから離間する。そして、クランクアームの回転角が「３６０度」の時に、駆動子は回転角が「０度」の時と同じ上死点側の基点に戻る。以上のように、駆動子の位置は、クランクアームの回転角の変化に連動してその位置が変動するので、請求項１に記載した「駆動子の位置に関する指標」は、クランクアームの回転角に関する情報として規定することができる。
【００１７】
実用上、クランクアームの回転角を検出するには、例えば、クランクアーム近傍に近接センサを配置してクランクアームの回転角を検出すればよいので、シリンダ内で摺動している駆動子の位置自体を検出するよりも容易に構成できる場合が多い。近接センサは、磁気式や光学式等のセンサを好適に用いることができる。
本発明によれば、「駆動子の位置に関する指標」として、クランクアームの回転角を用いることにより、「駆動子の位置に関する指標」を容易かつ合理的に検出することが可能とされる。
【００１８】
（請求項３に記載の発明）
請求項３に記載の発明によれば、駆動子が工具ビットから離間する方向に駆動される際には、駆動子の位置に応じて前記駆動モータの回転速度を所定量増大する。例えば、駆動子の位置を検出して、前述したように、被駆動側の部材が工具ビットから離間する方向に受ける反発力に起因して被駆動側の部材が高速で後退動作するタイミングを見計らった上で、駆動モータの回転速度を所定量増大する。例えば、駆動モータが三相式である場合には、駆動モータの駆動周波数を増加する。これにより、駆動子は、工具ビットから離間する方向に通常よりも迅速に駆動される。このため、高速移動を開始した被駆動側の部材による空気の圧縮作用を合理的に軽減し、電動工具に生じる振動を低減することが可能となる。
【００１９】
一方、電動工具の仕様設定においては単位時間当たりの工具ビットの加工動作の回数が定められている場合が多いが、本発明では、上記のように駆動モータの回転速度を所定量増大して制振対策を講じることとの関係で、駆動モータの回転速度の増大分に応じた補償を行ない、電動工具の駆動周期を不用意に変動しないように工夫している。具体的には、駆動子が工具ビットから離間する側へ移動する際の駆動モータの回転速度の増大分につき、駆動子が工具ビットへと向かう方向に駆動される際に、駆動モータの回転速度を所定量減少させることで駆動モータの回転速度の増大分を補償するように構成している。すなわち本発明によれば、単位時間当たりの工具ビットの加工動作の回数を変更することなく、換言すれば、工具ビットが１回の加工動作に要する平均時間（駆動子が上死点側の基点に戻る１周期にかかる平均時間）を一定に維持しつつ、前述した振動抑制対策を行うことが可能である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
本実施の形態では、本発明の電動工具を電動ハンマとして構成する。
まず、本実施の形態の電動ハンマの構成を図１、図２に示す。図１は、電動ハンマ１０１の全体構成を概括的に示す断面図であり、図２は、図１に示す電動ハンマ１０１の制御系のブロック図である。
【００２１】
図１に示すように、本実施の形態に係る電動ハンマ１０１は、概括的に見て、電動ハンマ１０１の外郭を形成する本体部１０３、当該本体部１０３の先端領域に接続されるツールホルダ１１７、当該ツールホルダ１１７に着脱自在に取付けられたハンマビット１１９を主体として構成される。ハンマビット１１９は、本発明における「工具ビット」に対応する。
【００２２】
本体部１０３は、駆動モータ１１１を収容したモータハウジング１０５と、駆動力伝達機構１１３および打撃機構１１５を収容したギアハウジング１０７と、ハンドグリップ１０９とによって構成されている。駆動モータ１１１の回転出力は駆動力伝達機構１１３によって直線運動に適宜変換された上で打撃機構１１５に伝達され、当該打撃機構１１５を介してハンマビット１１９の長軸方向（図１における左右方向）への衝撃力を発生する。
【００２３】
駆動力伝達機構１１３は、駆動モータ１１１により水平面内にて回転駆動される駆動ギア１２２と、当該駆動ギア１２２の回転中心からシフトして配置された偏心軸１２３と、当該駆動ギア１２２と偏心軸１２３との間に設けられたクランクアーム１２４と、一端側が偏心軸１２３に遊嵌状に取り付けられるとともに他端側が駆動子１２７に遊嵌状に取り付けられたコネクティングロッド１２５を有する。駆動ギア１２２、偏心軸１２３、クランクアーム１２４、およびコネクティングロッド１２５は、クランク室１２１内に配置される。なお詳細は後述するものの、本実施の形態に係る電動ハンマ１０１では、駆動ギア１２２の回転に伴って駆動されるクランクアーム１２４のクランク位置角（クランクアーム１２４の回転角）を検出するクランク位置角検出センサ３００が適宜配置されている。
【００２４】
一方、打撃機構１１５は、駆動子１２７とともにシリンダ１２９のシリンダボア１２９ａ内壁に摺動自在に配置されたストライカ１３１と、ツールホルダ１１７に摺動自在に配置されるとともに、ストライカ１３１の運動エネルギをハンマビット１１９に伝達するインパクトボルト１３３を主体として構成される。
【００２５】
次に、図２を用いて電動ハンマ１０１の駆動制御系の構成を説明する。
本実施の形態では、駆動モータ１１１として三相誘導モータを用いた場合について説明する。
駆動モータ１１１を駆動制御する制御装置２００は、マイクロプロセッサ等のＣＰＵ２３０、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶素子で構成されている記憶回路２４０、入力インターフェース回路２５０、駆動モータ１１１にモータ駆動信号を出力するモータ駆動回路２２０、整流回路２１０を有している。
【００２６】
整流回路２１０の入力側には、交流電源４００が接続されている。整流回路２１０は、交流電源を直流電源に変換するＡＣ／ＤＣコンバータとしての機能を備えており、整流回路２１０で直流電源に変換された電源は、整流回路２１０に接続されているモータ駆動回路２２０等に出力される。
なお、電源として、電池等の直流電源を用いてもよい。この場合には、ＡＣ／ＤＣコンバータとしての機能を備える整流回路２１０は不要となり得る。
【００２７】
さらに本実施の形態に係る電動ハンマ１０１では、上記クランク位置角検出センサ３００によって検出されたクランクアーム１２４のクランク位置角θに関する情報は、入力インターフェース回路２５０を通じてＣＰＵ２３０に随時入力される。ここでクランク位置角θは、クランクアーム１２４が取り付けられている偏心軸１２３の、図２、図３に示す基準位置Ｐからの回転角として定義づけられる。
【００２８】
ＣＰＵ２３０は、入力インターフェース回路２５０を介して入力されたクランク位置角検出センサ３００の出力信号に基づいて、記憶回路２４０に記憶されている制御プログラムを用い、クランク位置角θを所定のサンプリング時間毎にリアルタイムで算出する。
【００２９】
また記憶回路２４０には、制御プログラム、およびリアルタイムで変動するクランク位置角θに対応したモータ駆動周波数等のパラメータ値が記憶されており、ＣＰＵ２３０によって、適切なタイミングで読み出される。なお、各サンプリングタイムにおけるクランク位置角θ、および当該クランク位置角θに対応して設定されるモータ駆動周波数は、図４に波形を示すモータ駆動制御信号として記憶回路２４０に格納されている。図４のモータ駆動制御信号の詳細については後述する。そしてＣＰＵ２３０は、検出されたクランク位置角θに対応したモータ駆動周波数を記憶回路２４０から適宜に読み出し、モータ駆動回路２２０に出力する。
【００３０】
特に図示しないものの、モータ駆動回路２２０には６つのトランジスタ等を主体として構成されたインバータ回路が設けられている。そして当該モータ駆動回路２２０は、入力されたモータ駆動周波数に基づき、インバータ回路を構成するトランジスタ等のスイッチング素子（出力素子）をＯＮ／ＯＦＦ制御するためのＰＷＭ信号を生成して出力する。
【００３１】
インバータ回路の出力信号（モータの駆動信号）は、駆動モータ１１１の入力端子ｕ、ｖ、ｗに出力される。各入力端子ｕ、ｖ、ｗに出力されるモータの駆動信号は正弦波のように交番する信号であり、１２０度ずつ位相がずれている。モータの駆動信号のサイクルは、前述したモータ駆動周波数に対応する。すなわち、モータ駆動周波数を変化させることで、各入力端子ｕ、ｖ、ｗに出力されるモータの駆動信号のサイクルを変化させる。これにより、駆動モータ１１１の回転速度を変化させる。
なお、クランク位置角θと、これに対応させたモータ駆動周波数との関係の詳細については、後述する。
【００３２】
なお制御装置２００は、電動ハンマ１０１の各ハウジング１０５，１０７のいずれか、あるいはハンドグリップ１０９内部に内蔵されていてもよいし、電動ハンマ１０１の外部に接続されていてもよい。また、記憶回路２４０はＣＰＵ２３０に内蔵されていてもよい。
【００３３】
次に、図１および図２を参照しつつ、本実施の形態に係る電動ハンマ１０１の基本的な動作に関して説明する。
電動ハンマ１０１の電源コード（図示していない。）が交流電源４００に接続されると、整流回路２１０に交流電源が供給され、駆動モータ１１１はモータ駆動回路２２０を介して駆動されることとなる。駆動モータ１１１の回転出力によってクランクアーム１２４が回転することで、駆動子１２７がシリンダ１２９内を直線往復運動する。そして駆動子１２７の直線運動によるシリンダ１２９内のシリンダボア１２９ａの空気の圧縮・膨張作用を利用して、ストライカ１３１が直線状に駆動される。
【００３４】
典型的には、駆動子１２７が、ハンマビット１１９側に駆動されることで密閉状のシリンダボア１２９ａ内の空気が圧縮され、当該圧縮作用に伴う空気の圧力が所定値以上になると、いわゆる空気バネの作用により、駆動子１２７の直線運動の速度よりも高速でストライカ１３１が直線状に駆動される。かくして当該ストライカ１３１がインパクトボルト１３３を打撃し、ハンマビット１１９が直線状に駆動されて加工動作（ハンマ作業）を行う。
【００３５】
一方、駆動子１２７が、ハンマビット１１９から離間する方向に駆動され、シリンダボア１２９ａ内の空気に膨張力が作用して圧力が所定値以下になると、ストライカ１３１は当該膨張による減圧作用を介して駆動子１２７の方向に後退し、駆動される前の位置に戻る。
このようにして、ハンマビット１１９は１回分（１周期分）の加工動作を行う。本実施の形態に係る電動ハンマ１０１では、１秒間に３０回程度の加工動作が周期的に繰り返されるように設定されている。
【００３６】
次に、本実施の形態におけるクランク位置角θとモータ駆動周波数の関係、およびこれに対応する駆動子１２７の動作の詳細について、図３、図４を用いて説明する。
本実施の形態では、電動ハンマ１０１におけるストライカ１３１が打撃動作を完了して後退動作（ハンマビット１１９から離間する方向への移動動作）を行う場合に、当該ストライカ１３１の後退動作による、シリンダボア１２９ａ内の空気の圧力変動に起因して生じる振動を確実に抑制するべく、電動ハンマ１０１に生じる振動（加速度）とクランク位置角θとの相関関係を以下の手順で解析する。この解析作業は電動ハンマ１０１の設計時に行われる。
【００３７】
まず、電動ハンマ１０１の本体部１０３（図１参照）に振動センサが取り付けられる。この状態で電動ハンマ１０１を駆動することにより、時々刻々に変化していくクランク位置角θに対して、振動センサで測定した振動量（電動ハンマ１０１に生じる振動を加速度として検出する）の大きさがどのように変化するかを調べる。そして、シリンダ１２９内のシリンダボア１２９ａの圧力変動に起因して電動ハンマ１０１に発生する振動が過大となるクランク位置角θを特定する。
【００３８】
ここでクランク位置角θと電動ハンマ１０１に発生する振動の相関関係を解析するための前提として、クランク位置角θ、駆動子１２７、ストライカ１３１の相対的な位置関係につき、更に図３（Ａ）〜（Ｉ）を参照しつつ説明する。図３（Ａ）に示すように、クランク位置角θが「０度」にある場合には、駆動子１２７は基点側の上死点に位置する。そして、クランク位置角θが「１８０度」では、図３（Ｅ）、（Ｆ）に示すように、駆動子１２７は下死点に位置する。そして、図３（Ｂ）〜（Ｅ）に示すように、クランク位置角θが「０度」から「１８０度」へと順次に推移する間、シリンダボア１２９ａ内の密閉状の空気に圧縮作用が生じるとともに、当該圧縮空気による空気バネの作用により、ストライカ１３１はハンマビット１１９側に高速駆動されてインパクトボルト１３３を打撃する。なおシリンダボア１２９ａ内の空気が圧縮によって十分な高圧状態となるには相応の時間を要するため、駆動子１２７による空気圧縮のタイミングと、ストライカ１３１の移動動作開始のタイミングには所定の時間差が生じることとなる。また打撃に際しては、ストライカ１３１の運動エネルギの全てがインパクトボルト１３３に伝達されるわけではなく、その一部は、ストライカ１３１がハンマビット１１９から離間する方向への反発力として作用する。そして、この反発力に起因して、ストライカ１３１は、シリンダ１２９内を高速で駆動子１２７の方向に後退動作する。
【００３９】
また、クランク位置角θが「１８０度」を越えて増大する場合、図３（Ｇ）、（Ｈ）に示すように、駆動子１２７は、シリンダ１２９内をハンマビット１１９から離間する方向（図３において、右方向）に移動される。これにより、シリンダボア１２９ａ内の密閉状の空気に対して膨張作用が生じる。この膨張作用に伴ってシリンダボア１２９ａ内の空気の圧力が減少し、当該減圧作用は、ストライカ１３１が、シリンダ１２９内を駆動子１２７側に後退動作をすることに作用する。そして、駆動子１２７は、更に後退動作することで、図３（Ｉ）に示すように上死点側に位置することとなる。
【００４０】
本実施の形態では、上述した周期的な駆動動作に際し、図３（Ｇ）ないし（Ｈ）に示す状態で、ストライカ１３１がハンマビットから離間する方向に受ける反発力に起因して、駆動子１２７の後退速度よりもストライカ１３１の後退速度が相対的に過大となることが確認された。また、その結果として、駆動子１２７がシリンダボア１２９ａ内の空気を膨張させる方向に後退動作しているものの、高速で後退動作するストライカ１３１がシリンダボア１２９ａ内の空気を圧縮してしまうことに起因し、電動ハンマ１０１後方側（図４において、右方向側）へと過大な振動が無用に発生するという問題が確認された。とりわけ本実施の形態では、クランク位置角が概ね２５０度に位置する際（図３（Ｇ））に、ストライカ１３１による空気圧縮作用が最も過大になるという解析結果が得られた。
【００４１】
そこで、本実施の形態の電動ハンマ１０１の設計においては、この空気の圧力変動による振動を抑制するべく、クランク位置角θが「２５０度」に至る前から、駆動モータ１１１の回転速度、すなわちモータ駆動周波数を一時的に増加させるように設定しておく。換言すれば、ストライカ１３１の後退動作に伴うシリンダボア１２９ａ内の空気圧縮に起因して電動ハンマ１１１に生じる振動を抑制するべく、ストライカ１３１の後退動作に応じて、駆動モータ１１１の回転速度が一時的に増大するように電動ハンマ１０１の駆動制御系の設計を行う。このように駆動モータ１１１の回転速度を一時的に増大することにより、駆動子１２７の後退速度を増大させることが可能となる。すなわち駆動子１２８を通常動作に比べて一層迅速に後退動作させることで、ストライカ１３１および駆動子１２７の各後退速度の相対差を極力減少させ、これによってシリンダボア１２９ａ内の空気がストライカ１３１によって急激に圧縮されることを防ぎ、シリンダボア１２９ａ内の空気の圧力変動に起因して電動ハンマ１０１に生じる振動を抑制することが可能とされる。
【００４２】
以上より、電動ハンマ１０１の設計に際し、シリンダボア１２９ａ内の空気の圧力変動による振動が出現するタイミングをクランク位置角との関係で解析することにより、駆動モータ１１１のモータ駆動周波数を増大して制振開始するタイミングを特定するとともに、時々刻々と変化していくクランク位置角θに対応させた駆動モータ１１１のモータ駆動周波数群を、制御装置２００内の記憶回路２４０に予め記憶させておく。そしてＣＰＵ２３０は、クランク位置角θに対応するモータ駆動周波数を記憶回路２４０から適宜取得してモータ駆動回路２２０に出力する。
【００４３】
図４は、各クランク位置角θに対応するモータ駆動制御信号の出力パターンの一例を示すタイミングチャート図である。図４（Ａ）に、駆動モータ１１１の３相入力のうちいずれか１相分のモータ駆動制御信号の波形の一例を示す。なおモータ駆動制御信号は、図２に示すモータ駆動回路２２０において、ＰＷＭ信号に変換される前の信号として示される。また、図４（Ｂ）に、クランク位置角検出センサ３００（図２参照）から出力されるクランク位置角検出信号の波形の一例を示す。クランク位置角検出信号は、常時には“Ｈ”レベルの信号であり、クランク位置角が０度の位置を偏心軸１２３が通過する度に、“Ｌ”レベルのパルスを出力する。このレベルの変化に応じ、ＣＰＵ２３０はクランク位置角「０度」およびリアルタイムで変動していくクランク位置角を特定する。
【００４４】
図４においてクランク位置角が「０度」の時のモータ駆動周波数をｆ１とする。この時の駆動子１２７、ストライカ１３１、ハンマビット１１９の状態は図３（Ａ）に対応している。
【００４５】
図４においてクランク位置角が「５０度」の時のモータ駆動周波数をｆ２とする。この時の駆動子１２７、ストライカ１３１、ハンマビット１１９の状態は図３（Ｂ）に対応している。
【００４６】
図４においてクランク位置角が「９０度」の時のモータ駆動周波数をｆ３とする。この時の駆動子１２７、ストライカ１３１、ハンマビット１１９の状態は図３（Ｃ）に対応している。
【００４７】
図４においてクランク位置角が「１８０度」の時のモータ駆動周波数をｆ４とする。この時の駆動子１２７、ストライカ１３１、ハンマビット１１９の状態は、図３（Ｅ）、（Ｆ）に対応している。
【００４８】
図４においてクランク位置角が「２５０度」の時のモータ駆動周波数をｆ５とする。この時の駆動子１２７、ストライカ１３１、ハンマビット１１９の状態は図３（Ｇ）に対応している。
【００４９】
図４においてクランク位置角が「３６０度」の時のモータ駆動周波数は、クランク位置角が「０度」の時と同様のｆ１とされる。この時の駆動子１２７、ストライカ１３１、ハンマビット１１９の状態は図３（Ｉ）に対応している。かくして通電中の電動ハンマ１０１では、一周期毎（駆動ギア１２２が１回転する毎）に上記動作が連続状に行われる。
【００５０】
上述のように、ハンマビット１１９に対する打撃動作を行ったストライカ１３１が後退動作する際、空気バネの作用により、駆動子１２７の後退速度よりもストライカ１３１の後退速度の方が相対的に大きいことに起因して、シリンダボア１２９ａ内の密閉状の空気がストライカ１３１によって強く圧縮される。とりわけクランク位置角が概ね２５０度となる状態で、最も大きな振動が電動ハンマ１０１に生じることが既に確認されている。本実施の形態では、この圧力変動による振動を低減するために、クランク位置角が約２３０度〜約３００度の間で、図４に示す、モータ駆動周波数をｆ４からｆ５に増大して、駆動モータの回転速度を所定量増大する。この結果、図３（Ｇ）、（Ｈ）に白地の矢印で示すように、駆動子１２７が通常よりも高速で後退動作される。これによって、駆動子１２７の後退速度よりもストライカ１３１の後退速度が相対的に過大となることを抑制し、ストライカ１３１によるシリンダボア１２９ａ内の空気に対する急激な圧縮作用を軽減することができる。これにより電動ハンマ１０１に生じる振動を低減することができる。
【００５１】
しかも本実施の形態では、単に駆動モータ１１１の駆動周波数を変化させるだけで駆動子１２７の後退動作速度を可変にでき、制振対策のための機械要素を電動ハンマ１０１に追加設定する等といった構造上の複雑化を回避することが可能である。
【００５２】
ところで電動ハンマにおいては単位時間当たりのハンマビットの駆動回数が予め設定されている場合が多い。本実施の形態に係る電動ハンマ１０１では、ハンマビット１１９は一秒間に３０回駆動されるように設定されている。一方、上記した制振機構は駆動モータ１１１の駆動周波数を変動させることで対策を講じるものであるため、かかる電動ハンマ１０１の周期性を変動させる可能性が生じる。換言すれば、単位時間当たりのハンマビット１１９の動作回数に悪影響を及ぼす可能性が生じる。
【００５３】
そこで本実施の形態では、制振対策によって電動ハンマ１０１の周期性に変動をきたすことを防止するべく、駆動子１２７の後退速度を増大した分、駆動子１２７の前進速度（ストライカ１３１側への移動速度）を減少させることで、周期性の確保を図っている。これにより本来設定された電動ハンマ１０１の周期的な駆動動作に影響を及ぼすことなく制振対策を講じることが可能とされる。
【００５４】
具体的には、本実施の形態では、図４（Ａ）に示す、モータの制御信号の周波数につき、クランク位置角θに対応させて段階的に増減させている。例えば、クランク位置角が約０度〜約１０度では周波数ｆ１、クランク位置角が約１０度〜約８０度では周波数ｆ２、クランク位置角が約８０度〜約１５０度では周波数ｆ３、クランク位置角が約１５０度〜約２３０度では周波数ｆ４、クランク位置角が約２３０度〜約３００度では周波数ｆ５、クランク位置角が約３００度〜約３６０度（０度）までは周波数ｆ１といったように、モータ駆動周波数をほぼ等間隔で段階的に変化するように設定している。この点、上記周期性の確保の観点より、本実施の形態では、クランク位置角が約２３０度〜約３００度の間に増加した周波数「ｆ５」に対し、クランク位置角が約１０度〜約８０度の周波数「ｆ２」を減少させることで適宜補償している。
【００５５】
例えば、本実施の形態においては、周波数ｆ５が、クランク位置角１周期中で最大、周波数ｆ２が１周期中で最小となるように設定し、各周波数の大小関係は、
ｆ１＞ｆ２＜ｆ３＜ｆ４＜ｆ５＞ｆ１
とする。
【００５６】
また従来のように、１周期中のモータ駆動周波数を変動制御しない場合の周波数を「ｆａ」、クランク軸１回転中周波数がｆ１に設定されている時間を「ｔ１」、周波数がｆ２に設定されている時間を「ｔ２」、周波数がｆ３に設定されている時間を「ｔ３」、周波数がｆ４に設定されている時間を「ｔ４」、周波数がｆ５に設定されている時間を「ｔ５」とした場合に、本実施の形態では、
2005046939.tif 000003
という関係式が成立するように各周波数を設定している。
ここで、周波数「ｆａ」は、記憶回路２４０に記憶されている、クランク位置角θに対応して時々刻々と変化するモータの駆動周波数の平均値として算出することができる。また、時間ｔ１〜ｔ５は、クランク位置角検出センサ３００の出力信号により検出可能な、クランクアーム１２４が１回転するための所要時間と、リアルタイムで変動するクランク位置角θにより算出することができる。これにより、駆動モータ１１１の回転速度を一周期中において平均化することが可能とされ、電動ハンマ１０１の周期性、すなわち、単位時間当たりのハンマビット１１９の加工動作の回数（換言すれば、ハンマビット１１９が１回の加工動作に要する平均時間）に変動をきたすことが回避されている。
【００５７】
なお上記モータ駆動周波数を補償するタイミングとしては、駆動子１２７が上死点から当該上死点に戻る１周期中に必ずなされる必要まではなく、例えば、数周期中に補償されることで、電動ハンマ１０１の全体的な駆動条件に支障をきたさなければよいように設定してもよい。また駆動子１２７がストライカ１３１に近接する下死点から、離間する上死点に至るまでの間のモータ駆動周波数の増大分につき、上死点から下死点に至るまでの間のモータ駆動周波数を減少することで補償する構成に代え、下死点から上死点に至るまでの間において所定時間だけモータ駆動周波数を減少することで補償する構成を採用してもよい。例えば、クランク位置角が約３００度〜約３６０度の間においてモータ駆動周波数を減少することで補償する構成としてもよい。
【００５８】
また、モータ駆動周波数を上記のように段階的に変動させる代わりに、時間経過に伴って連続状に変化させてもよい。これによれば、モータ駆動周波数の変化に対応して、駆動モータ１１１の回転速度が変化する追随性を向上させることができる。この場合も、所定量増加させたモータ駆動周波数を、駆動子１２７が１往復（駆動ギア１２２が１回転）する間に補償することが好ましい。またモータ駆動周波数の増減制御を１周期中に複数回行ってもよい。
【００５９】
さらにモータ駆動周波数を増加させ始めるタイミングとしては、クランク位置角θが２５０度となる前、例えば１８０度（下死点）を検出した時、あるいはクランク位置角２５０度を検出した直後に設定してもよいが、いずれにせよ駆動モータ１１１の回転速度を一時的に速めることで、空気の圧力変動による振動を低減する効果が得られるタイミングであれば適宜に設定可能である。
【００６０】
本実施の形態では、本発明の電動工具が電動ハンマ１０１である場合について説明したが、本発明は、圧縮された空気を利用して工具ビットを駆動する種々の電動工具に適用することができる。
【００６１】
また、本実施の形態では、駆動モータ１１１が三相式のモータである場合について説明した。インバータ回路を用いて駆動される三相式のモータでは、ＰＷＭ信号を生成する際のキャリア周波数を十分に高くすることが可能となり、一般的には、キャリア周波数を数ｋＨｚ〜２０ｋＨｚに設定することができる。このため、モータの回転速度を緻密に制御することができ、実用性が高い。例えば、クランクアーム１２４が毎秒３０回転し、前記キャリア周波数が１５ｋＨｚとすると、クランクアーム１２４が１回転するうちに、モータ駆動周波数を５００回制御することができる。
また、駆動モータ１１１の回転速度を変化させるために、モータ駆動周波数を変化させる場合について説明したが、他のパラメータを変化させてもよい。
【００６２】
また、本実施の形態では、電動ハンマ１０１に振動を生じさせる不要の空気の圧縮作用が、ストライカ１３１がハンマビット１１９から離間する方向に受ける反発力に起因する場合について説明した。しかしながら、空気の圧縮作用の原因としては、他の原因も考えうる。例えば、駆動子１２７がハンマビット１１９から離間する方向に後退動作することで、シリンダボア１２９ａ内の空気に膨張作用が働き、これによりストライカ１３１が駆動子１２７の方向に高速で後退動作を開始することも当該不要の空気の圧縮作用の一因となりうる。
【００６３】
さらに本発明の趣旨に鑑み、以下の態様を構成することができる。
（態様１）
「請求項１〜３に記載の電動工具であって、
シリンダと、打撃子を更に有し、
前記シリンダの一端側には前記駆動子が、他端側には前記打撃子が、それぞれ当該シリンダ内を摺動可能に配置され、
前記シリンダ内での前記駆動子の摺動動作によって当該シリンダ内の空気の圧力が変動し、これによって前記打撃子が前記工具ビットにハンマ動作を行わせるように構成されていることを特徴とする電動工具。」
【００６４】
この態様によれば、請求項１〜３の電動工具に、さらにシリンダと打撃子が設けられている。打撃子は、駆動子がシリンダ内を摺動動作することによってシリンダ内の空気の圧力が変動し、これによって前記工具ビットもしくは工具ビットとの間の介在部材（インパクトボルト等）に打撃動作を行う。そして、工具ビットを直線状に駆動して加工動作を行わせる。
ここで、「打撃動作」とは、打撃子が、駆動子の直線往復運動によって工具ビットを打撃してから元の位置に戻る一連の動作を示す。
このような電動工具では、打撃子が打撃動作を行い、元の位置に高速で後退動作する毎に、シリンダ内の空気の圧縮作用で電動工具に振動が発生する可能性がある。これにより、駆動子の位置情報に基づいて駆動モータの回転速度を変化させ、シリンダ内の圧力変動を調節する。そして、打撃子が打撃動作を行う毎に発生する振動を軽減することができる。
【００６５】
（態様２）
「駆動モータと、当該駆動モータによって直線往復状に駆動される駆動子と、当該駆動子の直線運動によって空気を圧縮し、当該圧縮された空気の圧力を利用して直線状に駆動される工具ビットとを有する電動工具の設計支援方法であって、前記駆動子が前記工具ビットから離間する方向に駆動される際に当該電動工具に生じる振動を低減するべく、前記駆動モータの回転速度を可変状に決定する設計支援方法。」
【００６６】
この態様によれば、請求項１〜３、態様１のいずれかに記載の電動工具を設計する際に、駆動子が工具ビットから離間する方向に駆動される際に電動工具に生じる振動を測定しながら、駆動モータの回転速度を変化させて制振対策を講じるのに好適なタイミング、すなわち、モータ駆動周波数を変化させる好適なタイミングを容易に決定することができる。
【００６７】
【発明の効果】
本発明によれば、電動工具の空気の圧力変動に起因した振動が効果的に抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る電動ハンマ１０１の全体構成を概括的に示す断面図である。
【図２】電動ハンマ１０１の制御系のブロック図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｉ）いずれも、電動ハンマ１０１におけるクランク位置角の変動に伴う駆動子およびストライカの相対的な位置関係を模式的に示す動作説明図である。
【図４】クランク位置角θに対応するモータ駆動制御信号の一例を示すタイミングチャート図である。
【符号の説明】
１０１    電動ハンマ
１１１    駆動モータ
１１３    駆動力伝達機構
１１５    打撃機構
１１９    ハンマビット
１２２    駆動ギア
１２３    偏心軸
１２４    クランクアーム
１２５    コネクティングロッド
１２７    駆動子
１２９    シリンダ
１２９ａ  シリンダボア
１３１    ストライカ
１３３    インパクトボルト
２００    制御装置
【図１】
2005046939.tif 000004
【図２】
2005046939.tif 000005
【図３】
2005046939.tif 000006
【図４】
2005046939.tif 000007